CN208036635U - 油箱惰化的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了油箱惰化的装置，将飞机油箱气相空间的空气与燃油蒸气的混合物经过干燥过滤、燃油冷却分离后将燃油蒸气在催化裂化反应器中产生氢气和二氧化碳。其中氢气与氧气在氢氧燃料电池中反应生成水，将反应产生水过滤后收集可用于飞机上乘客用水，同时燃料电池反应可产生电能，可用于飞机各种用电设备的电能补给。未参与反应的惰性气体如二氧化碳和氮气通入油箱气相空间可对油箱进行惰化，保障飞机飞行安全。本装置具有供水，供电和油箱惰化三重功能，系统流程简单可靠。

Description

油箱惰化的装置

技术领域

本实用新型涉及飞机设备安全领域，尤其涉及油箱惰化的装置。

背景技术

对大量飞机事故原因分析表明，飞机油箱失火爆炸对人员和设备安全具有重大威胁,因此如何降低飞机油箱爆炸事故概率成为飞机安全问题的研究重点。通过大量的实验和研究结果表明,油箱惰化是一种经济有效的油箱防火防爆方式。

油箱惰化指的是:利用惰性气体如氮气、二氧化碳等，充入油箱气相空间,置换出气相空间的氧气，减少氧气含量，使氧气浓度达到可燃极限以下。因此，即使遇到外部点火源时，油箱也不会发生起火爆炸。目前，机载制氮惰化系统是运用最广泛且成熟的油箱惰化技术，该技术利用发动机引气，通过中空纤维膜分离氮气和氧气，产生所需要的富氮气体通入油箱气相空间，以此降低油箱气相空间氧气浓度。但该技术对气源压力要求很高，中空纤维膜制氮存在效率低、寿命短、易堵塞、对环境产生污染等缺点。

因此，现有的机载制氮惰化系统存在气压力要求高，惰化效果差，环境不友好的特点。

发明内容

本实用新型提供了油箱惰化装置，能够对机载油箱进行惰化，无需高强气压力，且不产生环境污染物。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

油箱惰化装置，包括：油箱、第一三通阀、油分离器、氢氧燃料电池、水分离器、第二三通阀。

油箱上设置惰性气体入口、混合气体出口和燃油入口，所述混合气体出口通入第一三通阀，第一三通阀还连通大气环境，第一三通阀连接油分离器，油分离器连接所述燃油入口和燃油裂化反应器，燃油裂化反应器和氢氧燃料电池的阳极气体入口通道连接，第二三通阀连接氢氧燃料电池的阴极气体入口通道，第二三通阀连通大气环境，氢氧燃料电池的混合气体出口通道连接水分离器的气体通道，所述气体通道连接所述惰性气体入口。

进一步的，第一三通阀和油分离器之间依次连接第一空气干燥过滤器、风机和电子冷却器。

进一步的，油分离器和所述燃油入口之间依次连接第一燃油泵和单向阀。

进一步的，油分离器和氢氧燃料电池之间依次连接电子加热器、燃油裂化反应器、第一换热器。

进一步的，第一换热器设有冷侧水通道和热侧气体通道，所述热侧气体通道连接氢氧燃料电池，所述冷侧水通道通过水泵和水分离器的液态水分离通道连接。

进一步的，氢氧燃料电池和水分离器之间安装了第二换热器，第二三通阀连接并鼓入空气至第二换热器，第二换热器连通大气。

进一步的，第二三通阀连通大气环境的前端依次设置过滤干燥器和空气压缩机。

进一步的，水分离器和油箱之间设置阻火器。

进一步的，第一三通阀和油分离器之间依次连接第一空气干燥过滤器、风机和第三换热器，第三换热器的热侧气体通道安装于风机和油分离器的气体通道之间，第三换热器冷侧气体通道入口为冲压空气出口，与大气环境连通；

油分离器和第一换热器之间设置第四换热器，第四换热器冷侧气体通道安装于油分离器与燃油裂化反应器之间，第四换热器热侧气体通道入口与第二换热器冷侧气体通道出口连接，第四换热器热侧气体通道出口与大气环境连通。

进一步的，燃油引射器出口与油箱底部连通，燃油引射器的第一入口与阻火器出口连接，燃油射器的第二入口与第二燃油泵出口连接，第二燃油泵的燃油入口与油箱底部连通。

进一步的，燃油裂化反应器中的催化剂为无定型硅酸铝和结晶型硅铝酸盐的混合物。

本实用新型还提供了油箱惰化装置方法，包括：

S1、混合气体从油箱流出进入第一三通阀与大气环境空气流入的补气进行混合；

S2、第一三通阀输出混合气体通入油分离器进行油气分离；

S3、油分离器输出的混合气体通入燃油裂化反应器进行裂化反应，得到氢气、二氧化碳和未反应的氮气，

S4、S3所得的氢气、二氧化碳和未反应的氮气进入氢氧燃料电池阳极，与氢氧燃料电池阴极中的空气进行反应，得到水蒸气、二氧化碳和氮气；

S5、S4所得的水蒸气冷凝在水分离器中形成液态水，二氧化碳和氮气通过油箱惰化。

本实用新型具的有益效果为：本实用新型通过燃油催化裂化反应将飞机油箱气相空间燃油蒸气裂化分解为氢气和二氧化碳，并利用氢气与氧气于氢氧燃料电池产生电能和水，同时二氧化碳与未参与反应的氮气形成惰性气体进入油箱气相空间，以此降低油箱气相空间氧深度，防止油箱起火爆炸，达到保护油箱安全的目的；本系统可实现供电、供水和油箱惰化三重功能；且整个系统形成闭环回路，避免燃油蒸气直接排放进入大气污染环境；系统中不需要发动机引气，提高了发动机性能和能源利用率；综上，本实用新型具有结构简单，能源利用率高，环境友好等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为实施例一的结构图；

图2为实施例二的结构图；

图3为实施例三的结构图。

1-飞机油箱，2-第一三通阀，3-第一空气干燥过滤器，4-风机，5-电子冷却器，6-油分离器，7电子加热器，8-燃油裂化反应器，9-第一换热器，10-氢氧燃料电池，11-用电设备，12-第二换热器，13-水分离器，14-第三换热器，15-第四换热器，101-水泵，102，水过滤器，103，储水箱，201-单向阀，202第一燃油泵，203-第二空气过滤干燥器，204-空气压缩机，205-第二三通阀，301-阻火器，302-燃油引射器，303-第二燃油泵。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

实施例一

油箱惰化装置，如图1所示，包括：油箱1，第一三通阀2，第一空气干燥过滤器3，风机4，电子冷却器5，油分离器6，电子加热器7，燃油裂化反应器8，第一换热器9，氢氧燃料电池10，用电设备11，第二换热器12，水分离器13，水泵101，水过滤器102，储水箱103，单向阀201，第一燃油泵202，第二空气过滤干燥器203，空气压缩机204，第二三通阀205，阻火器301。

油箱1的混合气体出口连通第一三通阀2，第一三通阀2还和大气环境连通，输入混合气体至第一空气干燥过滤器3，除去混合气体中的水汽。

除水后的混合气体通过风机4鼓入电子冷却器5，混合气体中的燃油真气被冷却为液态，通过油分离的液态油通道回流至202第一燃油泵，再通过单向阀201返回油箱1。

混合气体通过油分离器6的气体通道通入电子加热器7进行预热，预热的气体流入燃油裂化反应器8进行催化裂化反应，反应后产生氢气、二氧化碳和氮气。

混合气体通过第一换热器9降温，降温后的混合气体通入氢氧燃料电池10的阳极气体入口通道，和氢氧燃料电池10的阴极气体入口通道中的空气混合，反应得到二氧化碳、水蒸气和氮气，并通入第二换热器12。氢氧燃料电池10的电能输出端口负载用电设备11。

第二三通阀205通过第二空气过滤干燥器203，空气压缩机204和大气连通，第二三通阀205分别向氢氧燃料电池10的阴极气体入口通道和第二换热器12鼓入空气。

混合气体在第二换热器12中冷却，水蒸气冷凝为液态水，通过水分离器13分离，流入第一换热器10，再通过第一换热器10进入水过滤器9，最终流入储水箱103。

经过水分离器13的二氧化碳和氮气，通入阻火器301，最终返回油箱1的惰性气体入口。

本实施例还提供了油箱惰化方法，包括：

S1、混合气体从油箱1流出进入第一三通阀2与大气环境空气流入的补气进行混合；

S2、第一三通阀2输出混合气体通入油分离器6进行油气分离；

S3、油分离器6输出的混合气体通入燃油裂化反应器8进行裂化反应，得到氢气、二氧化碳和未反应的氮气，

S4、S3所得的氢气、二氧化碳和未反应的氮气进入氢氧燃料电池10阳极，与氢氧燃料电池10阴极中的空气进行反应，得到水蒸气、二氧化碳和氮气；

S5、S4所得的水蒸气冷凝在水分离器13中形成液态水，二氧化碳和氮气通入油箱1惰化。

实施例二

油箱惰化装置，如图2所示，包括：油箱1，第一三通阀2，第一空气干燥过滤器3，风机4，第三换热器14，油分离器6，第四换热器15，燃油裂化反应器8，第一换热器9，氢氧燃料电池10，用电设备11，第二换热器12，水分离器13，水泵101，水过滤器102，储水箱103，单向阀201，第一燃油泵202，第二空气过滤干燥器203，空气压缩机204，第二三通阀205，阻火器301。

油箱1的混合气体出口连通第一三通阀2，第一三通阀2还和大气环境连通，输入混合气体至第一空气干燥过滤器3，除去混合气体中的水汽。

除水后的混合气体通过风机4鼓入第三换热器14，第三换热器14冷侧气体通道入口为冲压空气，出口与大气环境连通，混合气体中在第三换热器14中冷却，燃油真气被冷却为液态，通过油分离的液态油通道回流至202第一燃油泵，再通过单向阀201返回油箱1。

混合气体通过油分离器6的气体通道通入第四换热器15，第四换热器15冷侧气体通道安装于油分离器6与燃油裂化反应器8之间，第四换热器15的热侧气体通道入口与第二换热器12冷侧气体通道出口连接，第四换热器15热侧气体通道出口与大气环境连通。混合气体在第四换热器15中进行预热，预热的气体流入燃油裂化反应器8进行催化裂化反应，反应后产生氢气、二氧化碳和氮气。

混合气体通过第一换热器9降温，降温后的混合气体通入氢氧燃料电池10的阳极气体入口通道，和氢氧燃料电池10的阴极气体入口通道中的空气混合，反应得到二氧化碳、水蒸气和氮气，并通入第二换热器12。氢氧燃料电池10的电能输出端口负载用电设备11。

第二三通阀205通过第二空气过滤干燥器203，空气压缩机204和大气连通，第二三通阀205分别向氢氧燃料电池10的阴极气体入口通道和第二换热器12鼓入空气。

混合气体在第二换热器12中冷却，水蒸气冷凝为液态水，通过水分离器13分离，流入第一换热器10，再通过第一换热器10进入水过滤器9，最终流入储水箱103。

经过水分离器13的二氧化碳和氮气，通入阻火器301，最终返回油箱1的惰性气体入口。

本实施例还提供了油箱惰化方法，包括：

S1、混合气体从油箱1流出进入第一三通阀2与大气环境空气流入的补气进行混合；

S2、第一三通阀2输出混合气体通入油分离器6进行油气分离；

S3、油分离器6输出的混合气体通入燃油裂化反应器8进行裂化反应，得到氢气、二氧化碳和未反应的氮气，

S4、S3所得的氢气、二氧化碳和未反应的氮气进入氢氧燃料电池10阳极，与氢氧燃料电池10阴极中的空气进行反应，得到水蒸气、二氧化碳和氮气；

S5、S4所得的水蒸气冷凝在水分离器13中形成液态水，二氧化碳和氮气通入油箱1惰化。

实施例三

油箱惰化装置，如图3所示，包括：油箱1，第一三通阀2，第一空气干燥过滤器3，风机4，第三换热器14，油分离器6，第四换热器15，燃油裂化反应器8，第一换热器9，氢氧燃料电池10，用电设备11，第二换热器12，水分离器13，水泵101，水过滤器102，储水箱103，单向阀201，第一燃油泵202，第二空气过滤干燥器203，空气压缩机204，第二三通阀205，阻火器301，燃油引射器302，第二燃油泵303。

油箱1的混合气体出口连通第一三通阀2，第一三通阀2还和大气环境连通，输入混合气体至第一空气干燥过滤器3，除去混合气体中的水汽。

除水后的混合气体通过风机4鼓入第三换热器14，第三换热器14冷侧气体通道入口为冲压空气，出口与大气环境连通，混合气体中在第三换热器14中冷却，燃油真气被冷却为液态，通过油分离的液态油通道回流至202第一燃油泵，再通过单向阀201返回油箱1。

混合气体通过油分离器6的气体通道通入第四换热器15，第四换热器15冷侧气体通道安装于油分离器6与燃油裂化反应器8之间，第四换热器15的热侧气体通道入口与第二换热器12冷侧气体通道出口连接，第四换热器15热侧气体通道出口与大气环境连通。混合气体在第四换热器15中进行预热，预热的气体流入燃油裂化反应器8进行催化裂化反应，反应后产生氢气、二氧化碳和氮气。

混合气体通过第一换热器9降温，降温后的混合气体通入氢氧燃料电池10的阳极气体入口通道，和氢氧燃料电池10的阴极气体入口通道中的空气混合，反应得到二氧化碳、水蒸气和氮气，并通入第二换热器12。氢氧燃料电池10的电能输出端口负载用电设备11。

第二三通阀205通过第二空气过滤干燥器203，空气压缩机204和大气连通，第二三通阀205分别向氢氧燃料电池10的阴极气体入口通道和第二换热器12鼓入空气。

混合气体在第二换热器12中冷却，水蒸气冷凝为液态水，通过水分离器13分离，流入第一换热器10，再通过第一换热器10进入水过滤器9，最终流入储水箱103。

经过水分离器13的二氧化碳和氮气，通入阻火器301。气体通过阻火器301通入燃油引射器302，燃油引射器302出口与油箱1底部连通，燃油引射器302第二入口与第二燃油泵303出口连接，第二燃油泵303燃油入口与油箱1底部连通，在燃油引射器302内惰性气体与燃油充分混合，并进入油箱1，不断地对燃油进行洗涤，可减少燃油中氧气含量，进而可减少油箱气相空间氧气含量，达到惰化的目的

本实施例还提供了油箱惰化方法，包括：

S1、混合气体从油箱1流出进入第一三通阀2与大气环境空气流入的补气进行混合；

S2、第一三通阀2输出混合气体通入油分离器6进行油气分离；

S3、油分离器6输出的混合气体通入燃油裂化反应器8进行裂化反应，得到氢气、二氧化碳和未反应的氮气，

S4、S3所得的氢气、二氧化碳和未反应的氮气进入氢氧燃料电池10阳极，与氢氧燃料电池10阴极中的空气进行反应，得到水蒸气、二氧化碳和氮气；

S5、S4所得的水蒸气冷凝在水分离器13中形成液态水，二氧化碳和氮气通入油箱1惰化。

本实用新型具的有益效果为：本实用新型通过燃油催化裂化反应将飞机油箱气相空间燃油蒸气裂化分解为氢气和二氧化碳，并利用氢气与氧气于氢氧燃料电池产生电能和水，同时二氧化碳与未参与反应的氮气形成惰性气体进入油箱气相空间，以此降低油箱气相空间氧深度，防止油箱起火爆炸，达到保护油箱安全的目的；本系统可实现供电、供水和油箱惰化三重功能；且整个系统形成闭环回路，避免燃油蒸气直接排放进入大气污染环境；系统中不需要发动机引气，提高了发动机性能和能源利用率；综上，本实用新型具有结构简单，能源利用率高，环境友好等特点。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.油箱惰化装置，其特征在于，包括：油箱（1）、第一三通阀（2）、油分离器（6）、氢氧燃料电池（10）、水分离器（13）、第二三通阀（205），油箱（1）上设置惰性气体入口、混合气体出口和燃油入口，所述混合气体出口通入第一三通阀（2），第一三通阀（2）还连通大气环境，第一三通阀（2）连接油分离器（6），油分离器（6）分连接所述燃油入口和燃油裂化反应器（8），燃油裂化反应器（8）和氢氧燃料电池（10）的阳极气体入口通道连接，第二三通阀（205）连接氢氧燃料电池（10）的阴极气体入口通道，第二三通阀（205）连通大气环境，氢氧燃料电池（10）的混合气体出口通道连接水分离器（13）的气体通道，所述气体通道连接所述惰性气体入口。

2.根据权利要求1所述的油箱惰化装置，其特征在于，第一三通阀（2）和油分离器（6）之间依次连接第一空气干燥过滤器（3）、风机（4）和电子冷却器（5）。

3.根据权利要求1所述的油箱惰化装置，其特征在于，油分离器（6）和所述燃油入口之间依次连接第一燃油泵（202）和单向阀（201）。

4.根据权利要求1所述的油箱惰化装置，其特征在于，油分离器（6）和氢氧燃料电池（10）之间依次连接电子加热器（7）、燃油裂化反应器（8）、第一换热器（9）。

5.根据权利要求4所述的油箱惰化装置，其特征在于，第一换热器（9）设有冷侧水通道和热侧气体通道，所述热侧气体通道连接氢氧燃料电池（10），所述冷侧水通道通过水泵（101）和水分离器（13）的液态水分离通道连接。

6.根据权利要求1所述的油箱惰化装置，其特征在于，氢氧燃料电池（10）和水分离器（13）之间安装了第二换热器（12），第二三通阀（205）连接并鼓入空气至第二换热器（12），第二换热器（12）连通大气。

7.根据权利要求1所述的油箱惰化装置，其特征在于，第二三通阀（205）连通大气环境的前端依次设置过滤干燥器（203）和空气压缩机（204）。

8.根据权利要求1所述的油箱惰化装置，其特征在于，水分离器（13）和油箱（1）之间设置阻火器（301）。

9.根据权利要求1所述的油箱惰化装置，其特征在于，第一三通阀（2）和油分离器（6）之间依次连接第一空气干燥过滤器（3）、风机（4）和第三换热器（14），第三换热器（14）的热侧气体通道安装于风机（4）和油分离器（6）的气体通道之间，第三换热器（14）冷侧气体通道入口为冲压空气出口，与大气环境连通；

油分离器（6）和第一换热器（9）之间设置第四换热器（15），第四换热器（15）冷侧气体通道安装于油分离器（6）与燃油裂化反应器（8）之间，第四换热器（15）热侧气体通道入口与第二换热器（12）冷侧气体通道出口连接，第四换热器（15）热侧气体通道出口与大气环境连通。

10.根据权利要求1所述的油箱惰化装置，其特征在于，燃油引射器（302）出口与油箱（1）底部连通，燃油引射器（302）的第一入口与阻火器（301）出口连接，燃油引射器（302）的第二入口与第二燃油泵（303）出口连接，第二燃油泵（303）的燃油入口与油箱（1）底部连通。

11.根据权利要求1所述的油箱惰化装置，其特征在于，燃油裂化反应器（8）中的催化剂为无定型硅酸铝和结晶型硅铝酸盐的混合物。